CVT阻尼回路故障診斷系統研究

劉凡棟 鄧文斌

摘? ?要：因阻尼回路故障導致電容式電壓互感器退出運行的數量越來越多，嚴重影響了系統的安全穩定運行。根據阻尼諧振原理及CVT已有的外部抽頭，設計了一種阻尼回路測試裝置，可以真實讀取阻尼回路電流，配合紅外測溫診斷電容式電壓互感器阻尼回路狀態。

關鍵詞：電容式電壓互感器;阻尼回路;測試

中圖分類號：TM835.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Research on Fault Diagnosis System of CVT Damping circuit

LIU Fan-dong，DENG Wen-bin?

（Guiyang Bureau，Ehv Power Transmission Company of China Southern Power Grid，Guiyang，Guizhou 550003，China）

Abstract：More and more capacitive voltage transformers are out of operation due to the fault of damping circuit，which seriously affects the safety and stable operation of the system. Based on the damping resonance principle and the existing external tap of CVT，a damping circuit testing device is designed. The current of the damping circuit can be read，and the damping circuit state of capacitive voltage transformer with infrared temperature measurement can be diagnosed.

Key words：CVT;damping circuit;test

在電容式電壓互感器的預防性試驗項目中，電容量及介損、絕緣電阻等常規項目分別考核了電容分壓器部分、電磁單元的中間變壓器部分，但尚無針對電磁單元阻尼回路部分的試驗考核項目。根據電容式電壓互感器原理圖可知，其電磁單元主要由中間變壓器和阻尼回路組成，中間變壓器可根據常規變壓器預試方法進行判斷分析，如一次對二次及地絕緣電阻、二次繞組直流電阻測試等，只要出廠時嚴格控制制作工藝，運行狀況一般都可滿足長久使用。經過近十年電容式電壓互感器故障分析統計，現場運行中經常出現設備故障問題的是阻尼回路，由于阻尼回路連接于設備內部，并無明顯的引出端子，造成日常運行維護中缺少相應的手段和方法[1-5]。因此，迫切需要根據阻尼諧振原理及外部抽頭，合理設計一種常規考核方式，便于試驗人員配合紅外測溫診斷電容式電壓互感器阻尼回路狀態，以保障設備安全穩定運行。

1? ?電容式電壓互感器阻尼回路測試原理

電容式電壓互感器（Capacitor Voltage Transformer，CVT）是由電容分壓器和電磁單元組成的具有獨特結構的一種電氣設備，其內部結構原理如圖1所示。

根據電容式電壓互感器原理圖1可知，電磁單元主要由中間變壓器和阻尼回路組成，而阻尼回路一般由電感、電容和電阻組成，具體連接方式如下圖2所示。

工頻情況下，因阻尼回路中的電容C與電感L產生并聯諧振，阻尼回路呈高阻狀態，相當于開路，流經電阻R的電流極小，發熱功率也很低;當系統中一旦產生次諧波時，電感L和電容C在次諧波頻率下失諧，阻抗降低，阻尼電阻R上就會有較大的次諧波電流通過，次諧波的能量就會在電阻R上消耗盡，而次諧波也就因而消亡[6-8]。

結合圖1及圖2所示的阻尼回路工作原理，通過改變電容式電壓互感器二次端子箱內端子接線設計單獨的阻尼試驗回路，基本原理如下：通過適當改變二次端子盒內部接線方式，設計阻尼回路單獨試驗通路，組成二端口電路網絡，根據歐姆定律，在端口處施加不大于100 V的工頻電壓，由于阻尼回路正常情況在工頻狀態下處于高阻狀態（無論是飽和型阻尼回路還是諧振型阻尼回路，只有在發生鐵磁諧振時才為通路），使用高精度量程電流表測試該二端口網絡中的電流。測試過程中施加電壓由于CVT二次端子輸出電壓一般為100 V，故對二端口網絡的輸入電壓需保證不超過100 V，以避免傷害二次端子;同時，應將其它未用二次端子懸空，避免短接時造成中間變壓器過勵磁，影響測試結果。

2? ?阻尼回路測試系統設計

在分析各類型阻尼回路工作原理和對比各電壓等級二次端子外部抽頭設計的基礎上，綜合考慮各種現場工況，合理設計考核方法，提出了一種可適用于各電壓等級的便攜式電容式電壓互感器阻尼回路故障診斷系統，并依據系統框圖研制一體化測試裝置。系統總體設計框圖如圖3所示。

系統總體設計框圖所反映出的測試裝置主要由功率單元、傳感器單元、保護單元、診斷分析單元、顯示單元和通訊單元等模塊組成。其中自耦調壓器與隔離變壓器相連，形成了一個傳輸中功率恒定的功率單元，自耦調壓器為功率單元的輸入部分，隔離變壓器為功率單元的輸出部分，從輸入部分至輸出部分沒有功率損耗。處理器的保護裝置配備過壓、過流保護功能，自耦變壓器采用電動式自耦調壓器，其電動調壓方式下具備100 V和150 V兩個電壓輸出模式可供選擇，其中選擇100 V量程時，在過壓保護的情況下，不可再繼續調高電壓;輸出部分采用1 ： 1隔離變壓器進行隔離輸出，且輸出電壓可通過本機或遠程分機控制;電流超過5 A或電壓超過150 V的情況下，本電容式電壓互感器阻尼回路故障診斷系統可自動放電、退出測試程序并將儀器和被測設備有效接地。

3? ?阻尼回路測試裝置研制及關鍵技術

根據上述系統框圖進而設計系統內部各部件功能原理如圖4。

在實際應用時，首先通過調整被測設備二次引出端子連接方式，構成含阻尼回路的二端口網絡，即構建阻尼回路單獨試驗通路，然后在處理器控制芯片的數據輸入端預先輸入被測設備廠家控制值和諧波參量，再將二端口網絡輸入點連接于隔離變壓器的輸出端口，在控制芯片選擇合適的電壓量程，確認保護單元的投入情況，繼而對被測設備進行加壓，通過高精度電流互感儀測試該二端口網絡中的電流，測試數值經過12位A/D轉換，實時在顯示終端輸出電壓大小和波形、頻率值、阻尼回路電流大小和波形，待輸出電壓穩定后，自動進行阻尼回路電流各諧波參量分析，并進行分析評估，顯示評估結果，完成測試。

3.1? ?浪涌沖擊的規避

工頻電壓試驗中需要對試驗電壓進行控制及調整，以滿足試驗的要求。普通的控制器只對試驗電壓進行‘啟動‘停止的強行控制，并不關注控制點是否在交流信號的過零點，所以對外部供給電源有很大的沖擊，同時對內部的一些控制接觸器也造成一定的損傷。主要反應的情況是在電源啟動時，會出現很大的‘浪涌現象。根據這種情況，在裝置的研發過程中，開發了“試驗電源過零啟動控制器”，使整個控制系統內部的接觸器在交流信號的過零點附近動作，從而避免對外部電源進行沖擊。

啟動完成過程較原來的直接啟動增加‘過零點判別的過程。當啟動信號發出后，控制器并不會直接啟動，而是先判斷是否在交流電源的過零點，若是則等待，若否就立即啟動電源，使電源啟動處于信號的過零點位置，從而大大減小啟動時的過沖電流（浪涌）。

3.2? ?無線控制及測量的實現

整個裝置采用無線藍牙控制，使操作員與控制臺之間無任何物理連接，絕對保證試驗人員的人生安全。當控制系統接受到控制信號后，先根據“過零點檢測”單元進行過零點判別，在過零點位置發出接觸器的動作信號，以保證接觸器在動作時在交流信號的過零點位置，以確保無過沖現象。接觸器在接受動作信號到自身動作存在一定的延時，為解決此問題，控制系統內置一個延時檢測程序，將根據每個控制回路上的接觸器的延時時間，自動調整控制信號的給出。啟動后，控制系統回自動采集輸出的電壓、電流和頻率信號，并通過無線通訊系統送回到控制PC機上。在無線遙控時發現有一定的延時現象，為了解決此問題，在硬件上提高通訊頻率，采用了2.4 G的通訊頻率，以加快通訊速度。軟件上采用‘中斷式處理方式，從而大大減小了無線控制信號發射，到接收端動作之間的延時時間。

4? ?阻尼回路測試系統現場應用

2018年12月13日晚，**換流站運行人員通過紅外測溫發現35 kV #1M CVT本體油箱存在發熱，B相溫度為26度，A、C相溫度在15度左右（環境溫度7度）。如圖6所示。

在判斷阻尼回路情況時，試驗人員使用阻尼回路測試裝置，將1a、1n，2a、2n兩對繞組開路，從da、dn端子加壓測試阻尼回路電流，測試所得三相阻尼電流分別為240 mA、507 mA、129 mA;試驗人員又從d2、dn端子測試得到三相阻尼回路的Rz均為6 Ω。故判斷構成并聯諧振的條件破壞，極有可能為電容Cx損壞。鑒于正常情況下，阻尼電流應為60 mA左右，試驗人員判斷三相CVT阻尼回路均出現故障。

5? ?結? ?論

在分析各類型阻尼回路工作原理和對比各電壓等級二次端子外部抽頭設計的基礎上，綜合考慮各種現場工況，合理設計考核方法，研制了一種可適用于各電壓等級的便攜式電容式電壓互感器阻尼回路故障診斷系統。通過測量阻尼回路電流的方法來判斷阻尼回路是否存在故障，可對現場工作人員及早發現CVT故障提供有力幫助，以有效推進設備技術監督工作開展，提升主網架穩定運行能力。

參考文獻

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